特种塑料3D打印工艺成型方面的研究

随着3D打印技术的发展，出现了众多新型功能性材料的打印，包括柔性材料和特种工程塑料在内的新型耗材代表了新的发展潮流。虽然柔性材料在智能传感、柔性驱动上有着深入研究，但是往往其制作过程比较复杂，重复性设计多，因此需要3D打印来简化制作工艺并加快优化速度。特种工程塑料性能优异，但无法用常规3D打印机制作零部件，迄今国内外对特种塑料3D打印工艺成型方面的研究报道甚少。因此，借鉴国内外相关先进技术，开发设计了一种高温3D打印机，可以实现柔性材料和特种工程塑料的打印，研究了柔性智能结构一体化打印工艺和PEEK内填充工艺，为实现功能性材料的打印应用提供参考。

开展了3D打印柔性耗材（TPU）的挤出加工工艺实验，重点关注了挤出工艺中温度参数的影响。通过分析不同温度状态下的TPU粍材质量以及拉伸性能，发现随着温度上升，拉伸强度呈明显下降趋势，断裂延伸率随温度无明显变化，以此确定了确定适宜的挤出温度。

结合介电弹性体驱动原理设计了软体机器鱼和软体抓手的结构形式，制定了3D打印一体化成型工艺，包括预拉伸、涂电极、3D打印、装电源这四个步骤。分别采用水下电极和空气电极的涂覆方式实现了器件的功能化驱动，其中软体机器鱼实现了3cｍ/s的稳定游动速度，软体抓手达到了10.1ｍＮ/g的抓取性能。

设计了双腔台式高温3D打印机的主要结构，包括多用途打印头、移动机构、钣金外框架、辅助机构等结构组件。选用Corexy型移动机构和ChiTu Pro控制板，PTC加热＋热辐射灯相结合的加热系统，温度由独立的温度控制模块控制。对喷嘴出丝不流畅的问题进行了有限元模拟分析，得出实验条件下最佳0.4ｍｍ的喷嘴结构。

对PEEK内填充工艺进行了探索，研究挤出温度、打印层厚、进料速度对打印制品内填充率的影响。实验结果表明：降低进料速度，在提高打印温度的情况下，可提高填充率，而对打印层厚影响不大，并以此确定了适宜的打印参数。这为以后产业化应用提供参考依据。

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